Forestil dig, at du gerne vil plante en blomsterhave. Du kan kigge efter blomster, der passer perfekt ind i dine omgivelser, selv om de kan være dyre og kræve ekspertpleje. Eller du kan vælge sorter, som måske ikke er ideelle, men som vokser overalt, er overkommelige og ikke kræver meget pleje. På samme måde skal du, når du påbegynder et forskningsprojekt og skal beslutte, om du skal bruge menneskelige primærceller eller udødelige cellelinjer, overveje en række faktorer.
Vil du opbygge en cellekulturmodel, der nøje repræsenterer den menneskelige in vivo-situation? I dette tilfælde er menneskelige primære celler et bedre valg. Hvis du planlægger at offentliggøre dine resultater, skal du også huske på, at bedømmere måske vil have dig til at validere dine resultater i et system, der er relevant for den menneskelige fysiologi. Eller ønsker du en model, der er nem at arbejde med og veletableret? Her vil udødelige cellelinjer være at foretrække, selv om cellerne måske ikke opfører sig nøjagtigt som i mennesker.
Menneskelige primærceller: et kig ind i det virkelige liv
Menneskelige primærceller isoleres direkte fra væv og bevarer de morfologiske og funktionelle egenskaber fra deres oprindelsesvæv. For eksempel bevarer originalt tumorvæv fra kolorektal cancer flere tumormarkører og kendte mikroRNA’er. Til sammenligning viser cellelinjer forskelle i deres udtryk (Pastor et al., 2010).
Primære celler lever dog ikke evigt. De gennemgår senescensprocesser og har et begrænset potentiale for selvfornyelse og differentiering. Efterhånden som de ældes, viser de morfologiske og funktionelle ændringer, hvilket er grunden til, at du bør bruge dem i tidlige passager. Donorernes genetiske egenskaber og alder er også vigtige, da deres celler kan opføre sig forskelligt under de samme kulturbetingelser. Dette kan være en god ting, når du undersøger, hvordan specifikke cellulære egenskaber varierer på tværs af populationen, eller når du tester nye stoffer. Kræver dine forsøg på den anden side en lav varians? Så skal du bruge celler fra den samme donor. En af fordelene ved menneskelige primære celler er, at du ikke behøver at være afhængig af dyremodeller. Det betyder, at du kan undgå forskelle mellem arter – f.eks. i anatomi, molekylære veje og metabolisme – som kan påvirke lægemidlers toksicitet og virkemåde.
Hvordan du håndterer primærceller bestemmer succesen
Menneskelige primærcellekulturer kan initieres fra sunde celler eller kræftceller. De kommer fra raske donorer, organdonation, kirurgiske prøver, fostervæv eller post mortem-donorer. Når du planlægger dine eksperimenter, skal du huske på, at kilden til menneskelige primære celler er begrænset. Det betyder, at du måske ikke kan få ekstra materiale fra den samme donor. Desuden er primærkulturer, der stammer fra vævseksplantationer, en blanding af forskellige celler på forskellige stadier, så hvis du ønsker at igangsætte mere homogene kulturer, kan du blive nødt til at rense specifikke celletyper. Da primære celler er mere følsomme end cellelinjer, kræver de ofte ekstra næringsstoffer og vækstfaktorer.
Da forskellige celletyper har brug for forskellige medier for at vokse og overleve, skal du altid optimere kulturbetingelserne for hver celletype. Cellelinjer har brug for høje niveauer af serum. Serum er imidlertid ikke standardiseret, og forskellige partier kan udvise stor variabilitet i de mange stoffer, der er indeholdt. Dette kan i høj grad påvirke resultaterne af din forskning og endda gøre dem inkonsekvente. I tilfælde af menneskelige primære celler skal du huske, at høje niveauer af antibiotika mindsker deres levedygtighed og vækst. Efterhånden som cellerne når de forskellige stadier i kulturen, skal du karakterisere dem og identificere eventuelle morfologiske og funktionelle ændringer. Dette er relevant for kvalitetskontrollen. God cellekulturpraksis kræver naturligvis, at du dokumenterer alle de oplysninger, der er nødvendige for at følge materialerne og metoderne. På den måde sikrer du, at din model er gennemsigtig og reproducerbar (Pamies et al., 2018).
Bekæmpelse af endotoksinkontaminering i cellekulturer
Kontaminering truer cellekulturundersøgelser. Ikke kun bakterier, svampe, gær og mycoplasma er synderne, endotoxiner skaber også problemer. De påvirker den cellulære vækst og funktion in vitro såvel som in vivo (Ryan et al., 2018). Endotoksiner er lipopolysaccharider, der stammer fra den ydre membran af de fleste gramnegative bakterier, og som er stabile selv ved høje temperaturer. Endotoksiner kontaminerer ofte laboratorieudstyr, da de udviser høj affinitet for hydrofobiske materialer som f.eks. plast. Forureningskilder er bl.a. vaskevand, medier og sera, tilsætningsstoffer, laboratorieplast og glasvarer. Du kan påvise endotoksiner med limulus amebocytlysat (LAL)-assayet, da LAL danner kvantificerbare gel-klumper i deres tilstedeværelse.
De forskellige celletyper reagerer forskelligt på tilstedeværelsen af endotoksiner, og der bør fastsættes endotoksingrænser for hver celletype i in vitro-kulturer (Nomura et al., 2017). For at minimere risikoen for endotoxinforurening skal du bruge certificerede ikkepyrogene medier, sera og laboratorieudstyr og kontrollere det vand, der anvendes i laboratoriet, især når du arbejder med følsomme celler.
Cellelinjer: en integreret del af biologisk forskning
Arbejdet med primære celler hviler på årtiers forskning, hvor der anvendes cellelinjer. Siden begyndelsen af det 20. århundrede har cellelinjer givet forskerne stor indsigt i de biologiske processer i menneskelige celler. Udødelige cellelinjer er blevet et effektivt redskab til utallige anvendelser, herunder afprøvning af lægemiddelmetabolisme og cytotoksicitet, undersøgelse af genfunktion samt fremstilling af vacciner, antistoffer og biologiske forbindelser.
Som nævnt er formålet med din forskning afgørende for, hvilken type cellekultur du bruger. Forskere, der har planer om at undersøge grundlæggende biologiske processer, manipulere cellefunktioner, etablere nye metoder eller udføre indledende screeninger, har tendens til at vælge immortaliserede cellelinjer. Hvorfor? De er omkostningseffektive, nemme at arbejde med og kan holdes i kultur i længere tid. Cellelinjer er også lette at manipulere og udvide. (Kaur et al., 2012). Er screening med høj gennemstrømning på dagsordenen? Her kan den ubegrænsede forsyning af materiale også være en fordel.
Men selv om eksperimentelle resultater, der er opnået med cellelinjer, kan fortolkes klart og konsekvent sammenlignes med tidligere undersøgelser, skal man huske på, at den fysiologiske relevans af disse undersøgelser måske ikke er særlig høj. Der er også grænser for, hvad man kan gøre med cellelinjer. Faktisk viser nogle kun en marginal lighed med de oprindelige primære celler, da serielle passager kan medføre variationer i genotype og fænotype. Man kan ende med at få et ændret genomisk indhold og en unormal ekspressionsprofil. Cellelinjer mangler vigtige morfologiske eller funktionelle egenskaber, så de er måske ikke i stand til at fremkalde relevante biomarkører. Det betyder, at de resultater, du har opnået med cellelinjer i laboratoriet, ikke fuldt ud kan overføres til mennesker. Over længere tid kan udødelige cellelinjer også blive forurenet af andre celler eller mikroorganismer (se blogindlæg: Mycoplasma Contamination – Small Organisms Cause Big Trouble). Så tag venligst dette råd til efterretning: Før du arbejder med cellelinjer, skal du altid validere dem først for at sikre, at dine celler ikke er fejlidentificeret eller kontamineret (Lorsch et al., 2014).
Kort sagt skal du basere dit valg af menneskelige primære celler eller udødelige cellelinjer på dit forskningsmål. I mange tilfælde tilbyder udødelige cellelinjer en meget værdifuld model til indledende eksperimenter. Brug derefter menneskelige primære celler til at replikere vigtige resultater. Dette øger oversættelsen og gør dine resultater mere relevante for den menneskelige fysiologi.